PLC控制十字路口交通灯毕业设计论文要点

PLC控制十字路口交通灯

目 录

第一章 前言 1.1课题背景

1.2

研究目的和意义

第二章 可编程程序控制器（PLC） 2.1 PLC概述

2.1.1 PLC的发展历程 2.1.2 PLC的发展趋势 2 .1.3 PLC的应用 2.2 PLC的硬件结构 2.3 PLC的工作原理 2.4本章小结 第三章 系统设计 3.1控制要求 3.2系统设计方案分析 3.3硬件设计

3.3.1 PLC的选型 3.3.2 PLC的地址分配 3.3.3 PLC的接线形式 3.4 系统程序设计 3.4.1系统的梯形图 3.4.2语句表 3.4.3系统程序分析 3.5 本章小结

第四章 系统检测与调试 4.1检测与调试 4.2本章小结 结论 致谢

参考文献

附录１ S7-200PLC的CPU的I/O规范 附录２ S7-200PLC的CPU的输入规范 附录３S7-200PLC的CPU的输出规范

第一章前言

1.1课题背景

1858年，在英国伦敦主要街头安装了以燃煤气为光源的红，绿两色的机械扳手式信号灯，用以指挥马车通行。这是世界上最早的交通信号灯。1868年，英国机械工程师纳伊特在伦敦威斯敏斯特区的议会大厦前的广场上，安装了世界上最早的煤气红绿灯。它由红绿两以旋转式方形玻璃提灯组成，红色表示“停止”，绿色表示“注意”。1869年1月2日，煤气灯爆炸，使警察受伤，遂被取消。1914年，电气启动的红绿灯出现在美国。这种红绿灯由红绿黄三色圆形的投光器组成，安装在纽约市5号大街的一座高塔上。红灯亮表示“停止”，绿灯亮表示“通行”。 1918年，又出现了带控制的红绿灯和红外线红绿灯。带控制的红绿灯，一种是把压力探测器安在地下，车辆一接近红灯便变为绿灯；另一种是用扩音器来启动红绿灯，司机遇红灯时按一下嗽叭，就使红灯变为绿灯。红外线红绿灯当行人踏上对压力敏感的路面时，它就能察觉到有人要过马路。红外光束能把信号灯的红灯延长一段时间，推迟汽车放行，以免发生交通事故。信号灯的出现，使交通得以有效管制，对于疏导交通流量、提高道路通行能力，减少交通事故有明显效果。1968年，联合国《道路交通和道路标志信号协定》对各种信号灯的含义作了规定。绿灯是通行信号，面对绿灯的车辆可以直行，左转弯和右转弯，除非另一种标志禁止某一种转向。左右转弯车辆都必须让合法地正在路口内行驶的车辆和过人行横道的行人优先通行。红灯是禁行信号，面对红灯的车辆必须在交叉路口的停车线后停车。黄灯是警告信号，面对黄灯的车辆不能越过停车线，但车辆已十分接近停车线而不能安全停车时可以进入交叉路口。

1.2研究目的和意义

在十字路口设置交通灯可以对交通进行有效的疏通，并为交通参与者的安全提供了强有力的保障。但是随着社会、经济的快速发展，原先的交通灯控制系统已经不能适应现在日益繁忙的交通状况。如何改善交通灯控制系统，使其适应现在的交通状况，成为研究的课题。 传统的十字路口交通控制灯，通常的做法是：事先经过车辆流量的调查，运用统计的方法将两个方向红绿灯的延时预先设置好。然而，实际上车辆流量的变化往往是不确定的，有的路口在不同的时段甚至可能产生很大的差异。即使是经过长期运行、较适用的方案，仍然会发生这样的现象：绿灯方向几乎没有什么车辆，而红灯方向却排着长队等候通过。这种流量变化的偶然性是无法建立准确模型的，统计的方法已不能适应迅猛发展的交通现状，更为现实的需要是能有一种能够根据流量变化情况自适应控制的交通灯。 目前，大部分城市中十字路口交通灯的控制普遍采用固定转换时间间隔的控制方法。由于十字路口不同时刻车辆的流量是复杂的、随机的和不确定的，采用固定时间的控制方法，经常造成道路有效利用时间的浪费，出现空等现象，影响了道路的畅通。为此，采用不依赖数学模型的模糊控制方法设计交通灯控制器，能较好地解决这个问题。

1

第2章 可编程程序控制器（PLC）

2.1 PLC概述

可编程序控制器（Programmabie Logic Controller,缩写PLC）是以微处理器为基础，综合计算机、通信、联网以及自动控制技术而开发的新一代工业控制装置。可编程序控制器是随着技术的进步与现代社会生产方式的转变，为适应多品种.小批量生产的需要，生产.发展起来的一种新型的工业控制装置。PLC从1969年问世以来，虽然至今还不到40年，但由于其具有通用灵活的控制性能.简单方便的使用性能，可以适应各种工业环境的可靠性，因此在工业自动化各领域取得了广泛的应用。有人将它与数控技术、CAD/CAM技术工业机械人技术并称为现代工业自动化技术的四大支柱。可编程序控制器在我国的发展与应用已有30多年的历史，现在它已经广泛应用于国民经济的各个工业生产领域，成为提高传统工业装备水平和技术能力的重要设备和强大支柱。随着全球一体化经济的发展，努力发展可编程序控制器在我国的大规模应用，形成具有自主知识产权的可编程序控制器技术，应该是广大技术人员努力的方向。

2.1.1 PLC的发展历程

在可编程控制器出现前，在工业电气控制领域中，继电器控制占主导地位，应用广泛。但是电器控制系统存在体积大、可靠性低、查找和排除故障困难等缺点，特别是其接线复杂、不易更改，对生产工艺变化的适应性差。 1968年美国通用汽车公司（G.M）为了适应汽车型号的不断更新，生产工艺不断变化的需要，实现小批量、多品种生产，希望能有一种新型工业控制器，它能做到尽可能减少重新设计和更换电器控制系统及接线，以降低成本，缩短周期。于是就设想将计算机功能强大、灵活、通用性好等优点与电器控制系统简单易懂、价格便宜等优点结合起来，制成一种通用控制装置，而且这种装置采用面向控制过程、面向问题的“自然语言”进行编程，使不熟悉计算机的人也能很快掌握使用。 1969年美国数字设备公司（DEC）根据美国通用汽车公司的这种要求，研制成功了世界上第一台可编程控制器，并在通用汽车公司的自动装配线上试用，取得很好的效果。从此这项技术迅速发展起来。 早期的可编程控制器仅有逻辑运算、定时、计数等顺序控制功能，只是用来取代传统的继电器控制,通常称为可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller ）。随着微电子技术和计算机技术的发展，20世纪70年代中期微处理器技术应用到PLC中，使PLC不仅具有逻辑控制功能，还增加了算术运算、数据传送和数据处理等功能。 20世纪80年代以后，随着大规模、超大规模集成电路等微电子技术的迅速发展，16位和32位微处理器应用于PLC中，使PLC得到迅速发展。PLC不仅控制功能增强，同时可靠性提高，功耗、体积减小，成本降低，编程和故障检测更加灵活方便，而且具有通信和联网、数据处理和图象显示等功能，使PLC真正成为具有逻辑控制、过程控制、运动控制、数据处理、联网通信等功能的名符其实的多功能控制器。 PLC的发展过程大致可以分为如下几个阶段： 1970—1980年：PLC的结构定型阶段。在这一阶段，由于PLC刚诞生，各种类型的顺序控制器不断出现（如逻辑电路型、1位机型、通用计算机型、单板机型等），但迅速被淘汰。最终以微处理器为核心的现有PLC结构形成，取得了市场的认可，得以迅速发展.推广。PLC的原理、结构、软件、硬件趋向统一与成熟，PLC的应用领域由最初的小范围、有选择使用、逐步向机床、生产线扩展。 1980—1990年：PLC的普及阶段。在这一

阶段，PLC的生产规模日益扩大，价格不断下降，PLC被迅速普及。各PLC生产厂家产品的价格.品种开始系列化，并且形成了固定I/O点型、基本单元加扩展块型、模块化结构型这三种延续至今的基本结构模型。PLC的应用范围开始向顺序控制的全部领域扩展。比如三菱公司本阶段的主要产品有F.F1.F2小型PLC系列产品,K/A系列中、大型PLC产品等。 1990—2000年，PLC的高性能与小型化阶段。在这一阶段，随着微电子技术的进步，PLC的功能日益增强，PLC的CPU运算速度大幅度上升、位数不断增加，使得适用于各种特殊控制的功能模块不断被开发，PLC的应用范围由单一的顺序控制向现场控制拓展。此外，PLC的体积大幅度缩小，出现了各类微型化PLC。三菱公司本阶段的主要产品有FX小型PLC系列产品，AIS/A2US/Q2A系列中，大型PLC系列产品等。 2000年至今：PLC的高性能与网络化阶段。在本阶段，为了适应信息技术的发展与工厂自动化的需要，PLC的各种功能不断进步。一方面，PLC在继续提高CPU运算速度，位数的同时，开发了适用于过程控制，运动控制的特殊功能与模块，使PLC的应用范围开始涉及工业自动化的全部领域。与此同时，PLC的网络与通信功能得到迅速发展，PLC不仅可以连接传统的编程与通入/输出设备，还可以通过各种总线构成网络，为工厂自动化奠定了基础。三菱公司本阶段的主要产品有FX小型PLC系列产品（包括最新的FX3u系列产品），Qn,QnPH系列中，大型PLC系列产品等。

2.1.2 PLC的发展趋势

从当前产品技术性能来看，PLC发展趋势仍然主要体现在体积的缩小与性能的提高两大方面。 ①体积小型化。电子产品体积的小型化是微电子技术发展的必然结果。现代PLC无论从内部元件组成还是硬件、软件结构都已经与早期的PLC有了很大的不同，PLC体积被大幅度缩小。 ②性能的提高。PLC的性能主要包括CPU性能与I/O性能两大方面。

可编程序控制器在我国的发展状况如下： (1) 我国可编程序控制器的发展与国际上的发展有所不同，国际上可编程序控制器的发展是从研制、开发、生产到应用，而我国则是从成套设备引进、可编程序控制器引进应用、消化移植、合资生产到广泛应用。大致可划分为下述三个阶段： ①可编程序控制器的初级认识阶段（70 年代后期到 80 年代初期）国际上可编程序控制器的发展，首先引起了国内工程技术界的极大兴趣，所以我国对可编程序控制器的认识始于 70 年代后期到 80 年代初期的成套设备引进中，当时的上海宝钢一期工程中有多项工程引进了十几种机型约 200 多台可编程序控制器。这些可编程序控制器用于原料码头到高炉、轧钢、钢管等整个钢铁冶炼以及加工生产线上，取代了传统的继电器逻辑系统，并部分取代了模拟量控制和小型 DDC 系统。继宝钢一期工程后，国内许多厂家陆续引进的设备和生产线大都配备了可编程序控制器，其应用范围包括电站、石油化工、汽车制造、港口和码头等各领域。正是在成套设备引进过程中，我们打开了眼界，了解认识了可编程序控制器，这也促进了可编程序控制器在我国的发展。 ②可编程序控制器的引进应用和消化移植阶段（80 年代初期到90年代初期）80年代初期开始，随着我国改革开放的不断深入，在成套设备引进的同时，国外原装的可编程序控制器开始涌入国内市场。许多部门和单位相继引进可编程序控制器并自己设计组成控制系统，其应用范围也扩大到建材、轻工、煤炭、水处理、食品、制药、造纸、橡胶和精细化工等工业领域。 ③ 可编程序控制器的广泛发展阶段（90 年代初期到现在） 进入90年代，我国的可编程序控制器进入了广泛发展阶段，主要表现在以下几个方面： (2) 政府重视 可编程序控制器的发展得到了政府的高度重视，在当时机械电子工业部的领导下，于

3

9

3.3硬件设计

3.3.1 PLC的选型

从上面的分析可以知道，系统共有开关量输入点1个，开关量输出点7个，如果选用CPU222 / PLC，也需要扩展单元 PLC，参照西门子S7-200系列特性（见附录），选用主机为CPU224（14 输入/10继电器输出）。 其外形图3-4如下：

11

输入电路采用了双向光电耦合器，24V DC极性可任意选择， 1M、2M为输入端子的公共端。1L、2L为输出公共端。 CPU224另有24V、280mA电源供PLC输入点使用。

3.3.2 PLC的地址分配

列出交通信号灯PLC的输入/输出点分配表，见表3-2。 定时器 T=PT×S; 定时实际时间=设定值×精度 1ms: T32,T96 10ms: T33~T36, T97~T100 100ms: T37~T63, T101~T255 表3-2 交通信号灯PLC的输入/输出点分配表 输入信号 定时元件 输出信号 名称 代号 输入点编号 T33:南北红灯工作 25S 名称 代号 输出点编 号 工作按 钮 SB1 I0.0 T97: 东西红灯工作 30S 报警灯 L0 Q0.0 T98:东西绿灯工作 20S 南北红灯 L1 Q0.1 T99:东西绿灯闪烁3S 东西绿灯 L2 Q0.2 T100:东西黄灯工作 2S 东西黄灯 L3 Q0.3 T34:南北绿灯工作 25S 东西红灯 L4 Q0.4 T35:南北绿灯闪烁3S 南北绿灯 L5 Q0.5 T36:南北黄灯工作2S 南北黄灯 L6 Q0.6

3.3.3 PLC的接线形式

端口I0.0为接入系统开关的传送信号，端口Q0.0接起报警作用的信号灯，端口Q0.1接南北红灯，端口Q0.2接东西绿灯，端口Q0.3接东西黄灯，端口Q0.4接东西黄灯，端口Q0.5接南北绿灯，端口Q0.6接南北黄灯

13

3.4 系统程序设计

3.4.1系统的梯形图

15

3.4.3 系统的指令表

3.4.3系统程序分析

当开关SB1合上时，I0.0触点接通，T33通电待25秒后动作（南北红灯熄灭），T98通电待20秒后动作（东西绿灯闪烁），Q0.1得电，南北红灯亮；同时Q0.1的动合触点闭合，

17

Q0.2线圈得电，东西绿灯亮。 维持到20秒，T98的动合触点接通，T99通电待3秒后动作（东西黄灯亮），与T98触点串联的T32动合触点每隔0.5秒导通0.5秒，从而使东西绿灯闪烁。 又过3秒，T100通电待2秒后动作（东西黄灯灭），T99的动断触点断开，Q0.2线圈失电，东西绿灯灭；此时T99的动合触点闭合，Q0.3线圈得电，东西黄灯亮。 再过2秒后，T100的动断触点断开，Q0.3线圈失电，东西黄灯灭。 此时自开关闭合南北红灯亮起累计时间达25秒，T33的动断触点断开，Q0.1线圈失电，南北红灯灭；T33的动合触点闭合，T97通电待30秒后动作（东西红灯熄灭），T34通电待25秒后动作（南北绿灯闪烁），Q0.4线圈得电，东西红灯亮，Q0.4的动合触点闭合，Q0.5线圈得电，南北绿灯亮。 又经过25秒，T34动合触点闭合，T35通电待3秒后动作（南北黄灯亮），与T34触点串联的T32的触点每隔0.5秒导通0.5秒，从而使南北绿灯闪烁。 闪烁3秒，T34动断触点断开，Q0.5线圈失电，南北绿灯灭；此时T35的动合触点闭合，Q0.6线圈得电，南北黄灯亮。 维持2秒后，T36动断触点断开，Q0.6线圈失电，南北黄灯灭。 自南北红灯灭及东西红灯亮累计时间达30秒钟，T97的动断触点断开，T33动断触点复位，Q0.2线圈失电，即维持了30秒的东西红灯灭。T33动断触点复位断开时，T97定时器失电，T97的动断触点复位闭合，只要不断开按钮SB1，系统继续循环下去。 3.5 本章小结 本章介绍S7-200系列PLC交通灯控制系统的应用设计,关键是系统总体设计,核心则是控制程序设计。重点要掌握PLC系统设计的基本原则和设计的一般流程,要有一个整体的概念。在满足控制要求、环境要求和性价比等条件下，合理选择PLC的机型和硬件配置，正确地进行估算，合理选择输入/输出模块，完成PLC的硬件与软件的设计。 通过这次可编程控制器的课程设计，终于发现脑海里有了工程的思想。以前单方面的学习了电子硬件知识和软件知识。有人说只懂硬件，那是一个技术员，只懂软件的，那是程序员。系统结合，要软硬兼施，才能具备一个工程师综合素质。

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/3aqd.html